下面以氧化铈抛光粉悬浮液对硅酸盐玻璃抛光为典型例子说 明抛光机理。玻璃表面产生水解反应：
Na2SiO3 2H2O H2SiO3 2NaOH
2NaOH CO2 Na2CO3 H2O
空气
H2SiO3是一层硅酸盐凝胶，它 保护了表面不再水解，它是一 层疏松的组织，在抛光模的压 力（P）与相对运动速度作用下， 去除了表面顶层的凝胶层，新 的表面又水解、去除，一直到 裂痕层去除，完成了抛光过程 （图五）。
利用这一发展，可以制造20面体金属，形成新型的 “金属玻璃”材料，耐高压、高强度，是飞机机翼首 选材料。
3.玻璃的生成体、中间体和网络外体
从分子结构来考察玻璃的结构，我国光学玻璃 专家干福熹院士对光学玻璃作了结构分析：SiO2、 B2O3、P2O5作为玻璃的形成体形成了硅酸盐玻璃， 硼酸盐玻璃和磷酸盐玻璃。[SiO4]是硅氧共价键连
100 78~80 76
12.5~1 13 3.5
2
G.G17 80.5
12.75
2
光学玻璃 K4 QK2 K9 63.70 80.09 69.13 10 12.40 10.75
4
1.48
K2O
1.5
0.4
6.29
BaO
6.5
4
7.8 5.02 10.40
3.07
密度 2.21 2.23 2.36 2.23 2.5 2.27 2.52 (g/cm3)
对玻璃、液体、气 体和晶体的X射线 散射试验，玻璃的 散射曲线与液体类 似，不同于固体 （晶体）（图二）。
2 .玻璃的结构—20面体，科学家最新發现。
一直来存在二种最 流行的学说！晶子 说和不规则网络说。 苏联学者A·A·列别 捷夫（Лeбeдeв） 于1921年提出晶子 说，认为玻璃由无 数“晶子”组成。 晶子是带有点阵变 形的有序排列区域 （图三）
接，是玻璃的核心。
Na2O、K2O、PbO、BaO等都是网络外体，是 离子键连接。连接力较差，有的氧化物容易被置换 和水解析出，而Al2O3则是中间体，介于二者之间。
3. 玻璃的组成与特性的关系
最常用最普遍是硅酸盐玻璃。下面硅酸盐玻璃中 均以SiO2为主要成分，B2O3与Al2O3的加入大多 为高硼硅酸盐玻璃，使之大多形成耐热的低膨胀系 数玻璃，与常用光学玻璃K9、光学石英玻璃作一个 比对（表一）。
抛光液的供给量在一 定条件下有一个适中值， 过高过低均会降低抛光 效率（图七）。
图七 抛光液的供给量的的适中 值
3）抛光液的浓度 氧化铈：水=1:5或更稀。速度、压力高时可以加浓。
4）抛光液的酸度值（pH值） 通常抛光液的pH值在3~9之间（图八）。
5）抛光液的添加剂 在氧化铈抛光液中加入
硝酸铈[(NH4)2Ce(NO3)6]、 氢氧化铈[Ce(OH)4]和硫 酸锌（ZnSO4）都能提高 抛光效率。因为它们中的 阳离子对玻璃表面的阴离 子有吸附作用。
图三 玻璃結構
不规则网络说由荷兰学者查哈里阿生（Zachariasen） 于1932年提出，在石英玻璃中是硅氧四面体[SiO4]， 通过顶角连接的三度空间网络。其排列是无序的，钠 玻璃就在四面体空隙中无序地分布着钠离子。
2008年在“自然——材料科学”（Nature— Material Science）科学家首次揭开玻璃结构的双重 特性。英国布里斯托尔大学的帕特里克·罗亚尔实验证 明：玻璃分子具有5个方面都对称的20面体结构，但不 能结晶成固体，也不具备液体自由流动的特性。
图六 抛去量与机床的正压力的线性關系
2．氧化铈抛光悬浮液的参数
1）抛光粉的牌号 氧化铈抛光粉的牌号是否适合被抛光玻璃的种类和牌号，例
如工艺品抛光宜选用较粗的粒度（2~9m）的抛光粉，而光学 件和电子玻璃宜选用中等或细的粒度（0.1~2m）的抛光粉， 而硅片锗片等的抛光则需要微粉级（<0.1m）的抛光粉。 2）抛光液的供给量
图五 抛光过程
T
hi A O PiVidt
基于抛光的机理我们研究一下抛光工艺因素对抛 光过程的影响。 1.机床的压力和速度
在一定范围内，抛去量与机床的正压力和相对 速度成线性上升关系（图六），可以用著 名的抛光方程—Preston方程来表达：
T
hi A O PiVidt
hi—在Pi点T时间内抛去玻璃层厚度 Pi—在Pi点的瞬时正压强 Vi—在Pi点的瞬时相对速度 抛光时其它工艺因素
从表一可以看出，除了贵重的石英玻璃有很低的 热膨胀系数外，QK2、G.G-17与Pyrex玻璃的组分 与热膨胀系数基本一致。K4与硬质玻璃近似。而 K9则不属高硼硅酸盐玻璃，而属于典型的硅酸盐玻 璃。它的热膨胀系数比Pyrex玻璃高一倍。
牌号 组分%
SiO2 B2O3
Al2O3
光学石 Pyrex 硬质玻 英玻璃 7740 璃
同学们好！大家辛苦了！感谢 大家本次配合、认真学习
2010.10.07
抛光机理及加工参数设定
目前中国光学研究最权威学府、最资深 教授所出教材（浙江大学曹天宁教授毕 生研究总结）
一、玻璃的本质
1.过冷液体的特性
玻璃是由玻璃材料的熔体过冷 所得的一种无定形物质，即为 玻璃科学上称之为“过冷的液 体”。由于粘度逐渐增加而呈 现固体的外部特征。玻璃态材 料没有熔点，只有一个Tg与Tf 之间的温度范围，称之为玻璃 的固化温度范围（图一），Tg 为转化点，Tf为软化点。结构 特性类似于液体
抛光的机理有纯机械说、化学学说、流变学说和机械化学说 （Mechanial Chemical Polishing），我认为后一个学说比 较全面地揭示了玻璃抛光的机理，提出这个学说的是苏联院士 格列宾雪柯夫（ГpeбeHЩeKOB），他认为抛光是一个机械 的、化学的和物理化学的综合过程。
玻璃研磨或磨削后的玻璃表面形貌如图四所示，表面形玻璃 成了凹凸层与裂痕层。抛光的任务是要去除凹凸层与裂痕层。
X10-7
5.8
32
49
32
49
35
76
硬度
7
>7
>7
>7
6.5
>7
6.5
表一 高硼硅玻璃与K9的比对
二、抛光机理
玻璃的抛光是在玻璃完成上道工序研磨或磨削以 后的凹凸层表面上进行抛光工作。抛光以后应达到 如下要求：
①去除凹凸层，使表面光亮，达到一定的粗糙度级 别（RZ0.025 ） ②对于光学表面，还有面形精度（N和N或Pv值） ③大部分抛光表面要求没有划痕、没有麻点，光学 表面要达到光学表面疵病级别B